CN109996516A - 用于关节固定的磁性植入物 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用磁性构件的关节固定装置，其中至少一个磁性构件定位在关节的每个相对侧上并固定到骨骼部件上。磁性构件包括至少一个永磁体。磁性构件可以被构造成提供吸引力或排斥力。它们还可以被构造成在关节周围提供扭矩。

Description

用于关节固定的磁性植入物

发明领域

本发明涉及一种用于骨骼关节固定程序的磁性植入物及其使用方法；更具体地说，涉及一种用于脊柱关节对准固定的椎弓根螺钉磁体和一种用于关节，诸如髋关节的固定的磁性插入物。

背景技术

人体中的关节通常需要在其相对侧上的骨骼相对于彼此的位置固定。需要此类固定，以矫正脊柱对准并将诸如髋关节、肩关节和肘关节的替代关节保持在一起。

在一个实施方案中，中枢神经系统是协调人类活动的人体生理学的重要部分。它主要由大脑和脊髓组成。脊髓由一束神经组织组成，这些神经组织起源于大脑并分支到身体的各个部位，充当将神经信号从大脑传达到身体其他部分的导管，包括运动控制和感觉。保护脊髓是脊柱或椎骨柱。在解剖学上，脊柱由几个区域组成，包括颈部、胸部、腰部和骶骨区域。颈椎由七个椎骨组成，其功能是支撑头部的重量。胸椎由十二个椎骨组成，其功能是保护胸腔内的器官。五个椎骨组成腰椎。腰椎包含最大的椎骨并且充当脊柱的主要承重部分。位于脊柱基部的是五个融合的椎骨，称为骶骨。尾骨位于脊柱的基部，由四个融合的椎骨组成。

与各种脊髓区域相关的每个椎骨由椎体、后弓和横突组成。椎体，通常被描述为具有鼓状形状，其被设计成承受重量并承受压缩或负荷。在椎体之间是包含形成椎骨关节的一部分的椎间盘的关节。椎间盘充满了柔软的凝胶状物质，有助于缓冲脊柱抵抗各种运动，并可能成为各种疾病的根源。椎骨的后弓由椎板、椎弓根和小关节组成。横突从椎骨向外延伸并提供用于肌肉和韧带附着的装置，其有助于椎骨的运动和稳定。

虽然大多数人具有功能完全的脊髓，但是个别患有某种类型的包括腰椎滑脱、脊柱侧凸或脊柱骨折的脊柱疾病并不罕见。与脊髓相关的更常见的疾病之一是脊髓损伤。椎间盘损伤是由于身体损伤，疾病，遗传倾向或自然衰老过程的一部分造成的。椎间盘损伤通常导致椎间隙不能维持，导致椎间盘之间的神经根受挤压，导致疼痛。例如，椎间盘突出是椎间盘物质从两个椎骨体之间的椎间盘空间凸出的状态。这是椎间盘材料的凸起，其引起对神经的冲击，对患者表现出疼痛。对于大多数患者，休息以及疼痛和抗炎药物的施加缓解了该问题。然而，在严重的情况下，已发展成脊柱不稳定或严重椎间盘退变的病例，椎体之间的受损的椎间盘材料被移除并用脊柱稳定植入物代替。恢复到正常高度可以减轻神经根上的压力。

有许多不同的方法来缓解或减轻严重的脊柱疾病。通常使用的一种外科手术是脊柱融合技术。多年以来已经开发了几种手术方法，包括后路腰椎体间融合(PLIF)手术，该手术利用后路进入患者的椎骨或椎间盘间隙，经椎间孔腰椎体间融合(TLIF)手术，该手术利用后路和侧路进入患者的椎骨或椎间盘间隙，以及前腰椎体间融合术(ALIF)，该手术利用前路接近患者椎骨或椎间盘间隙。使用任何这些外科手术，患者经历脊柱融合手术，其中通过使用骨间隔装置和/或使用骨移植将两个或更多个椎骨连接或融合在一起。由此产生的手术消除了融合在一起的脊柱部分之间的任何运动。

除了脊柱植入物或使用骨移植物之外，脊柱融合手术通常利用脊柱器械或手术硬件，诸如椎弓根螺钉、板或脊柱杆。一旦脊柱间隔器和/或骨移植物插入，外科医生就将椎弓根螺钉置于脊椎的一部分中，并将杆或板附接到螺钉上，作为稳定的手段，同时骨骼融合。目前，用于将杆插入椎弓根螺钉的可用系统可能是困难的，特别是考虑到安装这些杆的外科医生经常在狭小的手术区域中工作的事实。此外，由于患者的内部解剖结构可能会有所不同，导致脊柱的曲率变化，因此外科医生可能并不总是具有线性路径，或者可能具有必须在周围操纵的解剖结构，以便将手术杆正确地插入椎弓根螺钉组件。除了需要手术技巧之外，将杆正确地置于椎弓根螺钉中的困难可能导致不必要的增加外科医生完成外科手术所花费的时间。延长手术时间会增加患者的风险。更重要的是，杆和椎弓根螺钉组件的不正确的对准经常导致患者的并发症并且需要矫正外科手术。

关节现在通常被人造关节替换。通常替换的一个关节是髋关节，其中球关节和窝关节被替换。关节通常由将原始关节保持在一起的肌肉固定在一起，在某些情况下，可能不能充分固定。

肌肉在这些关节的功能和完整性中起着重要作用。在脊柱的情况下，肌肉有助于保持椎骨对准，并且在球窝关节的情况下，将球保持在窝中。然而，由于畸形、年龄或意外伤害，通常需要帮助补充将关节部件固定在一起的肌肉动作。

因此，需要一种改进的骨关节固定装置，以帮助保持关节部件相对于彼此适当地固定。

现有技术描述

美国专利号：6,530,929公开了一种用于将支架或杆放置在椎弓根螺钉中的安装器械。使用耦合到锚的延伸部将器械安装到固定到椎弓根螺钉的锚上。该器械相对于锚是可移动的，以将支架定位在更靠近锚的位置。支架可以插入到椎弓根螺钉中，并使用翼形螺钉从安装仪器上操纵。然而，与用于将支架或杆放置在其中描述的椎弓根螺钉中的安装器械相关的缺点是支架不能绕其纵向轴线旋转。

美国专利号：7,188,626公开了用于将支架或连接元件置于多个锚或椎弓根螺钉中的方法和器械，类似于美国专利号：6,530,929。连接元件的插入通过线性插入方法实现，因此未能教导连接元件可绕其纵向轴线旋转。

美国专利号：7,520,879公开了一种使用微创手术将连接元件定位在邻近脊柱的装置。插入器械将连接元件从远离一个或多个锚的位置引导到靠近一个或多个锚的位置。延伸部安装到锚，并且插入器械安装到连接元件，用于以微创手术将连接元件定位在邻近锚。插入器械不必安装到锚或锚的延伸部，并且可独立操作，以沿着远离锚延伸部的位置的微创插入路径将连接元件定位到患者体内。虽然插入器械可以使连接元件沿其纵向轴线旋转，但是它不能重新定位在连接元件上，以使连接元件沿给定方向逐渐旋转。而且，它不能绕垂直于其纵向轴线的轴旋转。

美国公开号：2007/0078460公开了一种用于执行脊柱固定手术的方法和仪器。穿过皮肤进行第一次切口，并在脊柱上形成通道。将螺钉穿过通道插入椎骨中。螺钉具有包括通道的头部。插入引导件可操作地连接到螺钉。额外的螺钉可以通过单独的切口或通过第一切口插入。插入引导件可以可操作地连接到每个螺钉的头部。套筒可以在第一位置定位到插入引导件中，以引导杆穿过至少一个其他的插入引导件。套筒旋转到第二位置，以允许杆沿插入引导件的槽向下移动并进入螺钉的头部。另外，可以使用保持器械来定位杆。描述了保持器械和杆之间的两种类型的连接。这些连接允许杆绕其纵向轴线旋转，但是没有教导杆可以重新定位在连接元件上，以使连接元件沿给定方向逐渐旋转。

美国公开申请号：2005/0277934公开了一种用于脊柱关节固定术或运动保护脊柱修复的微创脊柱固定系统。该系统包括多个椎弓根螺钉，以及用于连接椎弓根螺钉的附接组件。附接组件包括连接器，用于附接到第一螺钉和第二螺钉，以及可移除引导件，用于将连接器经皮附接到第一螺钉和第二螺钉。可移除引导件包括用于将附接组件连接到连接器的多个不同实施例。卡扣式锁用于将附接件固定到连接器。虽然这确实允许连接器通过围绕其纵向轴线旋转来重新定位，但是重新定位可以仅以90度的增量发生。而且，它不能围绕垂直于连接器纵向轴线的轴旋转。

因此，需要一种骨固定装置，当试图将装置插入椎弓根螺钉组件中时，该骨固定装置不需要外科医生使用预定的、固定的线性通路。还需要一种骨固定装置，其允许外科医生在通过增量改变行进方向通过非线性路径插入椎弓根螺钉组件的同时导航装置的能力。

发明内容

本发明提供了一种骨固定装置，其有助于将一个椎骨相对于另一个椎骨固定在关节的相对侧上，以保持彼此之间的适当关系。如本文所述的骨固定装置为外科医生提供了一种装置，该装置可以容易且安全地插入患者体内，以增强关节的正常功能。

这样，骨固定装置包括至少两个磁性部件，其可包括至少一个磁体植入物和另一个在关节的相对侧固定到骨骼的磁性部件，并使用至少一个磁场来连续施加力，以维持关节部件相对于彼此的固定。优选地，使用一对磁铁。优选地，磁铁是永磁铁。

因此，本发明的主要目的是提供一种改进的骨固定装置，该装置可用于整形外科手术。

本发明的另一个目的是提供一种骨固定装置，该骨固定装置构造成提供来自邻近磁体的吸引力或排斥力。

本发明的另一个目的是提供一种骨固定装置，该骨固定装置可以锁定在适当位置，以便将关节的相对侧上的骨偏置到相对于彼此的角位置。

本发明的另一个目的是提供一种骨固定装置，该骨固定装置可以构造成在关节的相对侧上的骨骼，以相对于彼此自由移动。

本发明的其他目的和优点将从以下结合任何附图的描述中变得显而易见，其中通过说明和实施例阐述了本发明的某些实施方案。这里包含的任何附图构成本说明书的一部分，并且包括本发明的示例性实施例，并且示出了其各种目的和特征。

附图说明

图1A是椎弓根螺钉的侧视剖视图；

图1B是椎弓根螺钉上部的局部透视图；

图2是脊柱的正视局部视图，其中磁性部件安装就位；

图3是一对磁性元件的示意图，示出了相对位置选择；

图4是与球窝关节相关的磁性部件的侧视局部剖视图；

图5是固定到人体骨骼的椎骨的关节固定装置的透视图；和

图6是关节固定装置的部件的透视图。

具体实施方式

尽管本发明可以以各种形式实施，但是在附图中示出并且在下文中将描述目前优选的但不是限制性的实施例，应理解本公开被认为是本发明的示例，并不旨在限制本发明所示的具体实施方案。

图1-3示出了第一实施例，并且图4示出了关节固定装置的第二实施例，特别是可用于诸如人的动物。装置11和111均分别包括至少一个磁性构件12和112，以及至少另一个磁性装置12，112或由磁性材料组成的另一个部件。装置11和111具有磁性部件，其定位成彼此吸引和/或彼此排斥。结合它们在脊柱上的使用示出了装置11；虽然装置111与球窝关节，例如髋关节的使用一起示出。为简单起见，装置11，111将根据装置11，111中的磁性构件12，112是磁体来描述。当装置11,111使用磁体时，磁体将具有北或+和南或-端。像端排斥而不像端吸引。

如本文所用，术语“近端”定义了在使用时最靠近用户，即患者的端部。

如本文所用，“远端”定义为在使用时距离用户最远的端部。

如本文所用，“椎弓根螺钉”或“椎弓根螺钉组件”用于描述常用的整形外科或脊柱外科手术器械，单独地或作为一个单元，诸如美国专利7,066,937中所述。该专利中关于椎弓根螺钉构造的公开内容通过引用整体并入本文。虽然椎弓根螺钉的许多实施例在商业上存在，但是典型的椎弓根螺钉组件通常包括椎弓根螺钉，该椎弓根螺钉包含插入到骨或脊椎骨中的螺纹部分。连接到螺钉的是具有向上成形的臂的外壳单元，该臂形成U形单元。外壳单元通常构造成容纳纵向杆或脊柱杆。纵向杆或脊柱杆通过使用固定螺钉设置在外壳上，固定螺钉可以设计成拧入外壳的螺纹部分，以将杆锁定就位。这种一般的构造方案允许外科医生通过使用椎弓根螺钉组件将邻近的骨连接并固定在一起，从而暂时提供稳定性，直到骨骼愈合或者如果需要的话永久地愈合。

图1A，1B和6示出了本发明的椎弓根螺钉14可用作固定装置11的一部分。脊柱杆13可固定到椎弓根螺钉14，如图5，6所示。椎弓根螺钉14包括螺纹柄15，适于插入诸如椎骨的骨中。螺纹柄15的远端具有球16的一部分，优选地，与球16一体，并且在其中具有工具窝17，用于接收紧固工具，以利用螺钉14将螺纹柄15安装到骨中，其还包括多轴连接器组件18具有在其中容纳球16的窝19，其允许连接器18和螺钉14的纵向轴线相对于彼此移动。连接器18还设置有一对相对的通道部件20，其可以容纳磁体或磁性构件12的一部分，以便固定在其中。磁性构件12固定在连接器18中，与固定螺钉21螺纹接合连接器18的内螺纹表面一样。

图2，5以示意图的形式示出了脊柱的一部分。在相邻椎骨之间的关节中指示三个椎骨，指定为V1，V2和V3，以及三个椎间盘，指定为D1，D2，D3。在图示的脊柱部分中，每个相邻的椎骨具有一对磁性构件12，诸如一对磁体或磁体和磁性材料构件，用相应的附接装置诸如椎弓根螺钉14固定在其上。为了清楚讨论，磁体构件12指定为12A-12F。在图2所示的实施例中，每个磁性构件12A，12B，12C，12D和12F具有线性纵向轴线。磁性构件12E具有相对的端部，其纵向轴线彼此不是线性的。换句话说，如果需要，磁性构件12可以在其中具有弯曲或曲度。相邻磁性构件12的相邻端可以根据需要间隔开或接触。此外，磁性构件12可以被包裹在聚合物材料等中，以保护它们免受体液和直接的身体部位接触。此外，如图2所示，相邻的磁性构件，例如磁体构件12B和12C，可以使它们各自的纵向轴线与另一个纵向轴线对准。图5示出了磁性构件12A，12B和12C对准。相反，磁性构件12A和12B的纵向轴线不对准。可以向外科医生提供间隔物，以确保相邻磁性构件端部之间的适当间隔。还可以向外科医生提供对准工具，以适当地固定相邻磁性构件12之间的角度。固定装置11包括至少一个磁体12及其固定结构，诸如螺钉14和固定结构中的另一磁性构件12。应当理解，相邻对的磁性构件12中的一个可以是磁性部件，即可磁性吸引到磁体而不是磁体的磁性部件。磁性构件12可以是稀土磁体或其他永久可磁化材料。N52磁体是稀土磁体，目前可以在排斥和吸引力方面产生最强的磁场。数字表示磁场强度，而字母N表示钕，一种用于制造磁体的稀土。

通过对准相邻磁性构件12的纵向轴线，线性力可以施加到两个相邻椎骨之间穿过关节。如果相对的磁极彼此相邻，则力可以是有吸引力的，或者如果两个磁体的磁极彼此相邻则排斥。如果磁体与非磁性磁性构件相邻，则两者之间的力是吸引的。如果相邻磁性构件12的纵向轴线设置成除了线性之外的相对于彼此的角度，例如磁体12A，12B，则可以将吸引力或排斥力施加到相邻的椎骨上；此外，可以穿过关节施加扭矩。这允许相邻骨骼结构相对于彼此的固定方式的灵活性。角度夹具可以与桌子一起提供给外科医生，以便对于给定的磁体12，可以施加多大的力和扭矩。虽然上面的描述设想相邻的磁体12都是磁体，但是应该理解，这些部件中的一个也可以由如上所述的磁性材料制成，并且一个由不可磁化的材料制成。优选地，磁体12是永磁体。虽然示出了大致圆柱形的磁体12，但是它们的形状可以是任何合适的形状，诸如哑铃形、通常为球形、矩形实心、椭圆形等。另外，磁体可以包括几个涂层中的一个，其防止动物拒绝磁性材料或动物的身体攻击或再吸收磁性材料。这种涂层可包括但不限于聚合物涂层等。

图3示出了使用磁性构件12的本发明的变型。在左侧的一对磁性构件12中，磁性构件12具有线性对准的纵向轴线。还应注意，这两个磁性构件12的端部具有轮廓。在顶部磁性构件12中，端部是凹形的；而在底部磁性构件12中，端部是凸起的。如果磁性构件12在使用中彼此接触，则这将是特别有利的，允许接触和角度不对准。在右侧的一对磁性构件12中，两个磁性构件12的端部是平面的。而且，这对磁性构件12的纵向轴线以大约45°的角度不对准，这将允许向相邻的骨骼部件引入扭矩。固定装置11还可以与其他装置组合使用，诸如用椎弓根螺钉固定在适当位置的杆。在另一个实施例中，磁性构件12和椎弓根螺钉14可以定位在典型脊柱融合构造的远端，诸如用于脊柱侧凸的那些。这些结构利用带有螺钉的杆来融合脊柱。然而，虽然这些结构使脊柱伸直并矫正畸形，但它们常常导致称为相邻小关节综合征失败的病症。这导致邻近融合结构的脊柱拱起。通过将本系统的磁性构件12置于相邻的椎骨中，可以向相邻的椎骨施加恒定的力，以减轻或防止这种类型的脊柱固定所经常看到的拱起。

图4示出了本发明的另一个实施例。该图示出了可用作替换关节的固定装置，诸如髋关节、肩关节或肘关节。这些替换关节是球窝式结构，在关节的相对侧具有骨结构。图4示出了髋关节，而用于一种类型关节的固定装置对于所有关节将是类似的，并且为了简化讨论，将仅讨论髋关节。关节的球部分50连接到股骨51。替换关节的窝部分54连接到骨盆55。此类替换关节的构造和植入在本领域中是公知的。固定装置111包括球50和窝部件54的部分或与其相关的部分。如上所述，固定装置111包括一对磁性部件，其包括至少一个磁性构件112和另一个磁性部件，其可以是另外的磁体或由磁性材料构成的如上所述用于磁性构件12的部件。固定装置111将以包括两个磁体112的方式进行描述。在球窝关节固定装置的情况下，磁体112将被构造用于吸引力，其中该对磁体112的相对磁极将彼此相邻，以提供吸引力。在图4所示的固定装置111的结构中，球50磁体112的正极位于磁体112的负极附近，磁体112是窝构件54的组成部分。优选地，磁体112是每个分别嵌入或包裹在相应的球50或窝构件54中。期望提供一种位于球50的外表面56之间的低摩擦材料，其接合窝构件54的凹形配合表面57。在球50在窝构件54中旋转期间，磁体112的一部分可以阻止或减少施加磁感应的抵抗旋转扭矩。

上述关节固定装置11可以作为试剂盒形式的系统提供。该试剂盒可以预先灭菌和包装。该系统包括多个椎弓根螺钉14。它还包括多个磁性构件12，每个磁性构件12适于固定到如上所述的相应椎弓根螺钉14。磁性构件12中的至少一个包括永磁体。该系统还可以包括指令和警告。该系统还可以包括标签信息，诸如系统内容和制造商信息。

上述关节固定装置11可用于固定关节上的相对骨骼骨位置的方法中。该方法包括将第一磁性构件12固定到第一骨骼骨，诸如椎骨V1。将第二磁性构件12固定到第二骨骼骨，诸如椎骨V2。第一骨骼骨和第二骨骼骨在其之间具有关节，诸如由椎间盘D2占据那种。磁性构件12中的至少一个是永磁体。通过所述第一磁性构件和所述第二磁性构件之间的磁吸引和磁排斥之一将力施加到所述第一和第二骨骼骨上。可以通过调节磁性构件12之间的间隙和它们相对于彼此的角位置来调节所施加的力。为了吸引力，永磁体的不同磁极端彼此相邻定位，或者一个磁性构件12是永磁体，而相邻磁性构件12不是永磁体，即由磁性材料制成。对于排斥力，相邻的磁性构件12都是永磁体，并且类似的磁极彼此相邻定位。

本说明书中提及的所有专利和出版物表示本发明所属领域的技术人员的水平。

应当理解，虽然示出了本发明的某种形式，但是本发明不限于这里描述和示出的部件的具体形式或布置。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种改变，并且本发明不应被视为限于说明书中示出和描述的内容。

本领域技术人员将容易理解，本发明非常适合于实现所述目的并获得所提到的目的和优点，以及其中固有的目的和优点。本文所述的实施例、方法、程序和技术目前是优选实施方案的代表，旨在是示例性的，并不意图作为对范围的限制。本领域技术人员将想到其中的变化和其他用途，这些变化包含在本发明的精神内并且由所附权利要求的范围限定。尽管已经结合特定的优选实施例描述了本发明，但是应该理解，所要求保护的本发明不应该不适当地限于这些特定的实施例。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，用于实施本发明的所述模式的各种修改旨在落入所附权利要求的范围内。

Claims (9)

1.一种骨骼关节固定装置，该装置包括：

第一磁性构件，所述第一磁性构件固定到第一骨骼骨；

第二磁性构件，所述第二磁性构件固定到第二骨骼骨，所述第一骨骼骨和第二骨骼骨由其间的关节分开，所述第一磁性构件和第二磁性构件具有定位的部分，以通过磁吸引和磁性排斥之一向所述第一和第二骨骼骨施加力穿过所述关节，所述第一磁性构件和第二磁性构件中的至少一个是永磁体。

2.根据权利要求1所述的关节固定装置，其中，所述第一磁性构件固定到人的第一椎骨并且所述第二磁性构件固定到人的第二椎骨。

3.根据权利要求2所述的关节固定装置，其中，所述第一和第二磁性构件分别用相应的椎弓根螺钉固定到所述第一和第二椎骨。

4.根据权利要求3所述的关节固定装置，其中，所述磁性构件都是永磁体。

5.根据权利要求4所述的关节固定装置，其中，所述第一和第二磁性构件各自具有北极和南极，并且所述彼此邻近的第一和第二磁性构件具有相反的磁极，以在它们之间提供吸引力。

6.根据权利要求4所述的关节固定装置，其中，所述第一和第二磁性构件各自具有北极和南极，并且所述彼此邻近第一和第二磁性构件具有相同的磁极，以在它们之间提供排斥力。

7.根据权利要求3所述的关节固定装置，其中，所述第一和第二磁性构件各自具有纵向轴线，所述纵向轴线大致对准。

8.一种试剂盒中的关节固定装置系统，所述系统包括：

多个椎弓根螺钉；

第一磁性构件，所述第一磁性构件适于固定到所述椎弓根螺钉；

第二磁性构件，所述第二磁性构件适于固定到另一个所述椎弓根螺钉；并且其中

所述第一磁性构件和所述第二磁性构件中的至少一个包括永磁体。

9.一种位置固定多个相对于彼此之间具有关节的骨骼骨的方法，所述方法包括：

将第一磁性构件固定到第一骨骼骨；

将第二磁性构件固定到第二骨骼骨，所述第一和第二骨骼骨之间具有关节；

通过所述第一磁性构件和所述第二磁性构件之间的磁吸引和磁性排斥之一向所述第一和第二骨骼骨施加力，并且其中，所述第一磁性构件和所述第二磁性构件中的至少一个是永磁体。